EP1718139B1 - Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte mit Mikrovias und solch eine Leiterplatte - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a circuit board and a method for its production, in particular a method for producing connection points on a printed circuit board.
- microvias are known. These are introduced by means of lasers in the circuit boards. Subsequently, they are filled with a solder material, on the surface of which the components are soldered.
- the invention is based on the object to propose a method and a printed circuit board to produce PCB connection points with little effort, which offer better opportunities.
- the invention proposes a method with the features mentioned in claim 1 and a circuit board with the features mentioned in claim 7. Further developments of the invention are the subject of dependent claims.
- the invention thus proposes to meter or meter liquid metal into the microvias in a predetermined amount.
- the respective microvia Upon curing of the metal or metal alloy, the respective microvia has both an electrical connection and a solder deposit as well as an end surface of a particular preselected metal.
- the end surface and the solder depot are simultaneously produced for further processing in the assembly process.
- microvias may be previously galvanically metallized in development of the invention, to form a preamplification.
- the filling of the liquid metal or the alloy or wetting with it is preferably done in finished structured state of the circuit board.
- a nanodosing is used, a method that was developed by the Institute of Microsystems Technology of the University of Freiburg and presented in a lecture at a fair. This method allows the generation of finest droplets in a free jet.
- the metal is dosed by means of small drops, which are dispensed with a dispenser in controllable amounts.
- microvias can be wetted or filled not only with a metal, but also with a metal alloy. This can also be combined with a circuit board, since the filling of the microvias can be done individually. It can also be combined metals and various metal alloys.
- microvias with a dispersion, for example a special carbon resistor paste, in order to form resistors in this way.
- the printed circuit board proposed by the invention contains microvias which are galvanically metallized and filled with a metered-in metal in the liquid state, which forms a solder deposit and an end surface in the solid state.
- the microvias may be filled with a dispersion, for example.
- the layer thickness of the metal or the metal alloy contained in the microvias may be adapted to the components to be soldered, or else to the method with which the components to be soldered are soldered.
- a microvia 3 has been drilled and subsequently provided with a galvanic preamplification 4.
- This galvanic preamplifier 4 forms a bottom 5 and a frusto-conically expanding side wall 6.
- the preamplification 4 then forms a circumferential flange 7.
- the delivery end 8 of a dispenser is shown, with the aid of which individual drops of a liquid metal can be dispensed. These drops of liquid metal are metered into the preamplification 4 of the microvias. As the drops of liquid metal still get into the depression in the liquid state, they can fill them completely before they solidify. This ensures that air pockets are no longer present. The dosing is continued until an end surface 9 has formed, which has a certain layer thickness with respect to the upper side of the printed circuit board 1, 2 or opposite the upper side of the flange 7.
- a solder deposit and an end surface 9 is present in the microvia, which serves for connection to the components to be mounted.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungsstellen auf einer Leiterplatte.
- Um eine Verbindung zwischen anzulötenden Bauteilen und den Leiterbahnen einer Leiterplatte herzustellen, die ja innerhalb der Leiterplatte liegen können, sind Mikrovias bekannt. Diese werden mit Hilfe von Lasern in die Leiterplatten eingebracht. Anschließend werden sie mit einem Lötmaterial ausgefüllt, an dessen Oberfläche die Bauteile angelötet werden.
- Heutige Produktionsverfahren ermöglichen es, Mikrovias über eine spezielle Galvanik mit Kupfer zu verschließen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es teuer ist, und in Verbindung mit durchgehenden Mikrovias nur bedingt angewendet werden kann.
- Weiterhin ist es bekannt, die Mikrovias galvanisch mit Kupfer vorzuverstärken und anschließend mit einem Polymer zu füllen. Die elektrische Leitung wird in erster Linie durch das Kupfer erzeugt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass es häufig Lufteinschlüsse gibt, die stören.
- Ebenfalls bekannt ist es, die Mikrovias ohne galvanische Vorverstärkung mit einem Silberleitpolymer zu füllen. Die elektrische Leitung wird direkt über das Silberleitpolymer erzeugt.
- Bei einem bekannten Verfahren zum Füllen schmaler Löcher mit elektrisch leitendem Material wird zwischen der Oberseite und der Unterseite der Leiterplatte eine große Druckdifferenz hergestellt. Dadurch können die durchgehenden Bohrungen vollständig mit dem leitenden Material gefüllt werden (
US 2002/179 335 ). - Weiterhin ist es bekannt, durchgehende Löcher in herkömmlicher Weise mit Kupfer zu beschichten (
US 5 450 290 ). - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Leiterplatte vorzuschlagen, um mit geringem Aufwand Leiterplattenverbindungsstellen herzustellen, die bessere Möglichkeiten bieten.
- Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie eine Leiterplatte mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Die Erfindung schlägt also vor, in die Mikrovias, flüssiges Metall auf- oder einzudosieren, in einer vorher festgelegten Menge. Nach dem Aushärten des Metalls oder der Metalllegierung weist das jeweilige Mikrovia sowohl eine elektrische Verbindung, als auch ein Lotdepot als auch eine Endoberfläche aus einem bestimmten vorher ausgewählten Metall auf. Dadurch wird die Endoberfläche und das Lotdepot für die weitere Verarbeitung im Bestückungsprozess gleichzeitig hergestellt.
- Die Mikrovias können in Weiterbildung der Erfindung vorher galvanisch metallisiert sein, zur Bildung einer Vorverstärkung.
- Das Einfüllen des flüssigen Metalls oder der Legierung bzw. das Benetzen damit geschieht vorzugsweise in fertig strukturiertem Zustand der Leiterplatte.
- Insbesondere wird zum Benetzen, Einfüllen und Eindosieren des flüssigen Metalls eine Nanodosierung verwendet werden, ein Verfahren, das vom Institut of Microsystem Technologie der Universität Freiburg entwickelt und in einem Vortrag im Rahmen einer Messe vorgestellt wurde. Dieses Verfahren ermöglicht die Erzeugung feinster Tropfen in einem freien Strahl.
- Bei diesem Verfahren, das von der Erfindung verwendet wird, wird das Metall mittels kleiner Tropfen dosiert, die mit einem Dispenser in regelbaren Mengen abgegeben werden.
- Es wurde bereits erwähnt, dass die Mikrovias nicht nur mit einem Metall, sondern auch mit einer Metalllegierung benetzt bzw. gefüllt werden können. Dies kann auch bei einer Leiterplatte kombiniert werden, da das Befüllen der Mikrovias einzeln erfolgen kann. Es können auch Metalle und verschiedene Metalllegierungen kombiniert werden.
- Ebenfalls möglich ist es, Mikrovias mit einer Dispersion zu füllen, beispielsweise einer speziellen Carbonwiderstandspaste, um auf diese Weise Widerstände zu bilden.
- Es ist mit dem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren zum Befüllen der Mikrovias möglich, die Schichtdicke an die speziellen Erfordernisse sowohl der Bauteile als auch des Anbringungsverfahrens der Bauteile anzupassen. Natürlich ist es auch möglich, ein für den speziellen Anwendungsfall besonders geeignetes Metall oder eine Metalllegierung zu verwenden.
- Die von der Erfindung vorgeschlagene Leiterplatte enthält Mikrovias, die galvanisch metallisiert und mit einem im flüssigen Zustand eindosierten Metall gefüllt sind, das in erstarrtem Zustand ein Lotdepot und eine Endoberfläche bildet. Die Mikrovias können beispielsweise mit einer Dispersion gefüllt sein.
- Durch das Eindosieren mit Hilfe kleinster Flüssigkeitstropfen wird es möglich, was ein weiteres Merkmal der Erfindung bilden kann, die Mikrovias vollständig zu füllen, so dass es keine Lufteinschlüsse mehr gibt.
- Die Schichtdicke des in den Mikrovias enthaltenen Metalls oder der Metalllegierung kann an die anzulötenden Bauteile angepasst sein, oder auch an das Verfahren, mit dem die anzulötenden Bauteilen angelötet werden.
- Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
- Figur 1
- einen schematischen Querschnitt durch ein Mikrovia und
- Figur 2
- den Querschnitt durch das Mikrovia nach Befüllen mit dem flüssigen Metall.
- In einer Leiterplatte mit zwei Lagen 1, 2 ist ein Mikrovia 3 gebohrt worden und anschließend mit einer galvanischen Vorverstärkung 4 versehen worden. Diese galvanische Vorverstärkung 4 bildet einen Boden 5 und eine sich kegelstumpfförmig erweiternde Seitenwand 6. Auf der Oberseite der Leiterplatte 1, 2 bildet die Vorverstärkung 4 dann einen umlaufenden Flansch 7.
- Oberhalb des Mikrovias ist das Abgabeende 8 eines Dispensers dargestellt, mit dessen Hilfe einzelne Tropfen eines flüssigen Metalls abgegeben werden können. Diese Tropfen des flüssigen Metalls werden in die Vorverstärkung 4 des Mikrovias eindosiert. Da die Tropfen aus flüssigem Metall noch im flüssigen Zustand in die Vertiefung gelangen, können sie diese vollständig ausfüllen, bevor sie erstarren. Dadurch ist sichergestellt, dass keine Lufteinschlüsse mehr vorhanden sind. Die Eindosierung wird solange fortgesetzt, bis eine Endoberfläche 9 entstanden ist, die gegenüber der Oberseite der Leiterplatte 1, 2 beziehungsweise gegenüber der Oberseite des Flanschs 7 eine bestimmte Schichtdicke aufweist.
- Nach dem Erkalten ist in dem Mikrovia ein Lotdepot und eine Endoberfläche 9 vorhanden, die zur Verbindung mit den anzubringenden Bauteilen dient.
Claims (12)
- Verfahren zum Herstellen von Leiterplatten mit Verbindungsstellen, bei dem1.1 in eine Leiterplatte (1, 2) als Lötflächen Mikrovias eingebracht werden,1.2 auf die vorgesehenen Lötflächen zur Bildung des Lotdepots und der Endoberfläche (9) flüssiges Metall aufdosiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass1.3 das flüssige Metall mittels kleiner Tropfen in Nanogröße dosiert wird, die1.4 mit einem Dispenser in regelbaren Mengen abgegeben werden. - Verfahren nach Anspruch 1 bei dem die und/oder die Mikrovias vorher galvanisch metallisiert werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mikrovias in fertig strukturiertem Zustand der Leiterplatte mit dem Metall versehen bzw. gefüllt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikrovias mit einer Metalllegierung versehen werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikrovias mit einer Dispersion gefüllt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schichtdicke des in die Mikrovias dosierten Metalls an die anzulötenden Bauteile angepasst wird.
- Leiterplatte mit Verbindungsstellen, mit7.1 Lötflächen, die7.2 von Mikrovias gebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass7.3 die Mikrovias mit in flüssigen Zustand tröpfchenweise in Nanogröße eindosiertem Metall gefüllt sind,7.4 das in erstarrtem Zustand ein Lotdepot und eine Endoberfläche (9) bildet. - Leiterplatte nach Anspruch 7, bei der die Mikrovias mit einer Dispersion gefüllt sind.
- Leiterplatte nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Mikrovias vor dem Eindosieren des Metalls galvanisch metallisiert sind.
- Leiterplatte nach Anspruch 7 bis 9, bei der die Mikrovias vollständig gefüllt sind.
- Leiterplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Schichtdicke des in die Mikrovias eingefüllten
Metalls an die anzubringenden Bauteile angepasst ist. - Leiterplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der mindestens ein Mikrovia mit einer Carbonwiderstandspaste gefüllt ist.
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